EP0995749A1 - Reinigungs- und Kristallisationsverfahren für Riboflavin - Google Patents

Reinigungs- und Kristallisationsverfahren für Riboflavin Download PDF

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EP0995749A1
EP0995749A1 EP99120364A EP99120364A EP0995749A1 EP 0995749 A1 EP0995749 A1 EP 0995749A1 EP 99120364 A EP99120364 A EP 99120364A EP 99120364 A EP99120364 A EP 99120364A EP 0995749 A1 EP0995749 A1 EP 0995749A1
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EP
European Patent Office
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riboflavin
activated carbon
crystallization
temperature
solution
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EP99120364A
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EP0995749B1 (de
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Gerhard Wagner
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DSM IP Assets BV
Original Assignee
F Hoffmann La Roche AG
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07B—GENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B63/00—Purification; Separation; Stabilisation; Use of additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D475/00—Heterocyclic compounds containing pteridine ring systems
    • C07D475/12—Heterocyclic compounds containing pteridine ring systems containing pteridine ring systems condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D475/14—Benz [g] pteridines, e.g. riboflavin

Definitions

  • the present invention relates to a new method for cleaning and Crystallization of riboflavin for pharmaceutical and food applications.
  • Riboflavin is usually dissolved in an acidic or alkaline environment. Cell remnants, Proteins, peptides and amino acids that are released after the riboflavin itself is dissolved Depending on the substance, they can be dissolved or undissolved relatively large effort by combining several different Unit operations separable.
  • the dissolved riboflavin is usually through different processes mostly crystallized above 30 ° C, as acicular crystals, which normally the stable modification A (See, for example, U.S.
  • Patents 2,324,800, 2,797,215 and 4,687,847) Furthermore, riboflavin has so far been used exclusively in the stable Crystal modification A manufactured and sold. Because riboflavin in this form only to a very small extent is water-soluble, that is for pharmaceutical and food applications necessary loosening behavior relatively bad. For quite some time there is therefore a desire to dissolve and thus also bioavailability of riboflavin to improve.
  • the riboflavin currently marketed is partly in the form of very fine powder, sometimes in the form of long yellow needles.
  • the fine powder dusted considerably has a very low bulk density and poor flow behavior and charges very easily, for example pressing into tablets is difficult and additives for improvement flow and compacting behavior are required.
  • the needles also show a lot of dust during processing and are problematic in Further processing, such as in the case of flour vitaminization.
  • various agglomeration processes that took place during the crystallization So far not used for the industrial production of riboflavin see for example, Canadian Patent 633,852 and European Patent 307,767). Further agglomeration processes take place at the Drying using acicular crystals of modification A (German Offenlegungsschrift 4,014,262).
  • the aim of the present invention is based on needle-shaped Riboflavin, which corresponds to the stable modification A and synthetic or has been produced biotechnologically, a purer riboflavin with over 98% To produce content of riboflavin, which significantly better dissolving and Has flow properties than the currently available material. in the in general, the new riboflavin should have better bioavailability and better physical properties, e.g. when tableting.
  • the method according to the invention is a method for the purification and crystallization of riboflavin, which is characterized in that needle-shaped riboflavin of the stable modification A in an aqueous Mineral acid solution at a temperature not exceeding about 30 ° C.
  • the medium containing the activated carbon is a cross-flow filtration over a Ceramic membrane with a pore size of about 20 to about 200 nm, the resulting filtrate with a five to ten times (v / v) water at a temperature not exceeding about 30 ° C, and the resulting precipitated, spherical crystals of riboflavin Centrifugation or filtration separates.
  • the crystals After receiving the riboflavin crystals in this way, the crystals can optionally washed with water and then after itself known methods can be dried.
  • the procedure supplemented in this way represents one represents another aspect of the inventive method defined above.
  • acicular riboflavin of modification A used such as in of production for animal feed.
  • This riboflavin usually has one Content from about 85 to about 98% and chemical depending on the production method By-products and / or fermentation residues and water on whose The total amount is accordingly over 2 percent by weight.
  • the raw material becomes dry or fitter-moist dissolved in the aqueous mineral acid solution. This is followed by the resolution a protonation reaction.
  • fermentation residues such as Proteins, peptides and amino acids, and / or chemical by-products free that then partially dissolved and partially present as a solid.
  • the concentration is expediently in the range from about 18 to about 24%.
  • one aqueous hydrochloric acid solution up to about 19% dry riboflavin are dissolved. The solution is almost saturated.
  • the amount depends Riboflavin versus the amount of aqueous mineral acid according to the nature of the Mineral acid, the concentration of the solution and the dissolution temperature.
  • the acicular riboflavin is dissolved in the aqueous Mineral acid solution at temperatures up to a maximum of 30 ° C, usually at about 5 to about 25 ° C, preferably at about 10 to about 20 ° C, conveniently with intensive mixing, for example by intensive Stir.
  • the Release time can be reduced. Depending on the temperature and degree of mixing lasts the complete dissolution process usually takes up to about 30 minutes.
  • activated carbon is added to the solution of the riboflavin in the aqueous mineral acid solution.
  • the dissolved impurities are adsorbed on the activated carbon.
  • This can be powdered or granulated.
  • about 0.5 to about 9% (weight percent), preferably about 3%, activated carbon, based on the riboflavin content, is added for the adsorptive purification of the dissolved impurities from the solution.
  • the activated carbon is left in the solution for up to about 12 hours, preferably about 0.5 to about 3 hours.
  • Suitable as activated carbon is acid-washed activated carbon with a bulk density of about 250 to about 400 kg / m 3 , preferably about 300 kg / m 3 , a specific surface area of about 1200 to about 1600 m 2 / g, preferably about 1400 m 2 / g , and an average particle size of about 20 to about 70 microns.
  • suitable activated carbons are Norit® CA1 and Bentonorit® CA1, which are particularly suitable for the adsorption of dissolved biological contaminants, and Norit® SX2, which in turn is particularly suitable for the separation of chemical contaminants.
  • aqueous mineral acid solution in addition to activated carbon a filter aid can be added, of which approximately 2 to about 9 percent by weight based on the riboflavin content.
  • Filter aids are, for example, Arbocel® BWW 40 and B 800 from the company Rettenmaier & Sons GmbH + Co.
  • the separation of the activated carbon and any filter aid that may be present and the undissolved fermentation residues are carried out using the subsequent cross-flow filtration. It was surprisingly found that the activated carbon has an abrasive effect on the Surface layer shows that forms on the membrane. Because of this effect it is only possible, the membrane stable over a longer period with almost the operate twice the throughput than without activated carbon.
  • the activated carbon come So both abrasive and adsorptive properties.
  • Cross flow filtration takes place over a ceramic membrane, which has a pore size of about 20 to about 200 nm, preferably about 50 nm.
  • the in circulation pumped activated carbon causes the abrasion to clean itself the top layer of coal and fermentation residues that build up the membrane.
  • the Cross-flow velocity across the membrane is usually relatively high; she is expediently in the range from about 5 to about 6 m / s.
  • To the The transmembrane is not to compress the top layer excessively Pressure suitably 1 to 2 bar (0.1 to 0.2 MPa).
  • the temperature of the medium in which the crystallization takes place can vary according to the production method and degree of contamination of the riboflavin in one Range can be varied from 0 to 30 ° C. Especially with synthetic manufactured material, the temperature can be increased up to 30 ° C; at fermentative or relatively clean material are generally available Temperatures below 10 ° C. However, a temperature is preferred set between 4 and 10 ° C.
  • the crystallization can be carried out batchwise or be carried out continuously, preferably continuously. As a crystallizer cascades or individual boilers can be used. Especially at individual boilers, it is recommended at different points in the boiler feed. In any case, inside the crystallizer must be a very good one Macroscopic mixing can be set.
  • the Feed solutions offset by 180 ° on the upper and lower stirrer levels be fed. This is conveniently done on the upper level Water, on the lower the mineral acid solution of riboflavin added.
  • the Stirring should be very gentle, so as not to clog the crystals to destroy.
  • the residence time is suitably about 5 to about 20 minutes, preferably about 10 to 13 minutes.
  • the subsequent filtration is carried out with a filter or a centrifuge; a band filter is preferably used, on which the laundry that may be carried out is also very efficient.
  • the Drying can be carried out in a manner known per se.
  • the initial relative supersaturation in the crystallizer can by returning the mother liquor from the laundry with the Crystalline incoming water can be adjusted.
  • Mother liquor: water is conveniently about 1: 1 to about 1: 8.
  • the Relative supersaturation can occur via the conductivity in the crystal are judged, ideally a range from about 170 to about 200 mS / cm is observed.
  • the return of the Mother liquor can be dispensed with. In the case of repatriation, it is preferred governed by the conductivity established in the crystallizer.
  • the crystals are filtered or centrifuged severed.
  • the filter cake is then preferably washed with water, after which the moist filter cake can be dried.
  • Riboflavin produced by fermentation was used as the starting material for the process described below, which had a riboflavin content of 97.02% (according to HPLC), a residual moisture content (H 2 O) of 0.80% and an amino acid content of 1.11% and was present as needle-shaped crystals of the stable modification A.
  • 350.0 g of this starting material were in 1708.6 g of 24% hydrochloric acid dissolved at 22 ° C with stirring. After a release time of about 15-20 minutes there was a brown-black solution that contained about 17% riboflavin.
  • the 3 l precipitation crystal was first filled with about 2 l water and the Liquid stirred with a two-stage inclined blade stirrer at 100 rpm and then cooled to 10 ° C. Thereafter it became 1590 continuously g / h hydrochloric riboflavin solution on the top stirrer and about 9000 g / h water metered into the lower stirrer at about 10 ° C. About 2 - 4 minutes after the Start began to crystallize the riboflavin as orange-yellow crystals. To At the beginning, the precipitated crystals looked like flakes, but after 20-30 Minutes passed into granular particles. The crystal suspension was then continuously drained after the 3 l mark (double jacket end) had been reached (i.e. after about 7 minutes). The valve became like this set that the level settled at the 3 l mark. The draining Suspension was placed directly on a P3 filter and the solid from there separated from the solution.
  • Example 2 As described in Example 1, a riboflavin solution was prepared and activated carbon was added. In contrast to Example 1, the solution was cleaned over a membrane with a pore size of about 50 nm. The transmembrane pressure was 1.5 to 1.7 bar (0.15 to 0.17 MPa), the cross-flow speed 5 to 6 m / s. The permeate throughput was about 70 l / m 2 / h. The crystallization, filtration and washing were carried out analogously to Example 1. The crystallization temperature was between 9 and 10 ° C., and the drying was carried out in a laboratory drying cabinet at 100 ° C.
  • Example 2 Chemically produced riboflavin with a Content of 98% used.
  • the starting material was as in Example 1 described, solved.
  • the crossflow filtration was carried out as described in Example 2.
  • the crystallization was carried out at 20 ° C. and in the 1030 g / h hydrochloric acid riboflavin solution and 15060 g / h of water were metered in. Filtration and washing were carried out analogously to Example 1. Drying was carried out analogously to Example 2 carried out.
  • the missing percentage includes the water content and others low contamination.

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Abstract

Ein Verfahren zur Reinigung und Kristallisation von Riboflavin besteht darin, nadelförmiges Riboflavin der stabilen Modifikation A in einer wässrigen Mineralsäurelösung bei einer etwa 30°C nicht übersteigenden Temperatur unter intensiver Durchmischung aufzulösen, zur resultierenden Lösung Aktivkohle zu geben, nach Adsorption der gelösten Verunreinigungen aus der Lösung auf der Aktivkohle das die Aktivkohle enthaltende Medium einer Querstromfiltration über eine Keramikmembran mit einer Porengrösse von etwa 20 bis etwa 200 nm zu unterwerfen, das resultierende Filtrat mit einer fünf- bis zehnfachen Menge (Vol./Vol.) Wasser bei einer etwa 30°C nicht übersteigenden Temperatur zu versetzen und die resultierenden ausgefallenen, sphärischen Kristalle von Riboflavin durch Zentrifugation oder Filtration abzutrennen. Die so enthaltenen sphärischen Kristalle von Riboflavin können gegebenenfalls mit Wasser gewaschen und anschliessend getrocknet werden. Das so gereinigte und kristallisierte Riboflavin eignet sich für Pharma- und Lebensmittelanwendungen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Reinigung und Kristallisation von Riboflavin für Pharma- und Lebensmittelanwendungen.
Das zur Zeit im Handel befindliche Riboflavin wird teilweise synthetisch und teilweise biotechnologisch hergestellt, wobei die biotechnologischen Herstellungsverfahren in der letzten Zeit eindeutig auf dem Vormarsch sind. Gerade bei fermentativer Herstellungsweise ist die nahezu vollständige Reinigung und Aufkonzentrierung des Riboflavins, wie sie für Pharma- und Lebensmittelanwendungen erforderlich ist, ausgesprochen schwierig. Für solche Anwendungen wird Riboflavin in der Regel in saurem oder alkalischem Umfeld gelöst. Zellreste, Proteine, Peptide und Aminosäuren, die nach dem Lösen des Riboflavins selber je nach Substanz gelöst oder ungelöst vorliegen können, sind häufig nur mit relativ grossem Aufwand durch die Kombination mehrerer unterschiedlicher Einheitsoperationen abtrennbar. Das gelöste Riboflavin wird in der Regel durch unterschiedliche Verfahren meist oberhalb von 30°C auskristallisiert, und zwar als nadelförmige Kristalle, welche normalerweise der stabilen Modifikation A entsprechen (siehe beispielsweise die US-Patentschriften 2.324.800, 2.797.215 und 4.687.847). Ferner wird Riboflavin bisher ausschliesslich in der stabilen Kristallmodifikation A hergestellt und vertrieben. Da Riboflavin in dieser Form nur in sehr geringem Umfang wasserlöslich ist, ist das für Pharma- und für Lebensmittelanwendungen notwendige Löseverhalten relativ schlecht. Seit geraumer Zeit besteht daher der Wunsch, das Löseverhalten und damit auch die Bioverfügbarkeit von Riboflavin zu verbessern.
Verschiedene aus der Literatur bekannte Arbeiten betreffen unterschiedlich stabile Kristallmodifikationen von Riboflavin, die durch Ausfällung aus alkalischer Lösung gebildet werden; aus solchen Arbeiten ist allerdings bisher kein praktisches Betriebsverfahren entwickelt worden, was vermutlich auf den chemischen Abbau des Riboflavins in alkalischem Umfeld zurückzuführen ist (siehe beispielsweise die US-Patentschrift 2.603.633).
Das gegenwärtig vertriebene Riboflavin liegt teilweise in Form von sehr feinem Pulver, teilweise in Form von langen gelben Nadeln vor. Das feine Pulver staubt beträchtlich, weist eine ausgesprochen geringe Schüttdichte und ein schlechtes Fliessverhalten auf und lädt sich sehr leicht auf, so dass beispielsweise das Verpressen in Tabletten erschwert wird und Zusätze zur Verbesserung des Fliess- und Kompaktierverhaltens benötigt werden. Ebenso zeigen die Nadeln bei der Verarbeitung eine starke Staubentwicklung und sind problematisch bei der Weiterverarbeitung, wie beispielsweise bei der Mehlvitaminierung. Auch verschiedene bei der Kristallisation erfolgende Agglomerationsverfahren wurden bisher nicht zur grosstechnischen Herstellung von Riboflavin eingesetzt (siehe beispielsweise die kanadische Patentschrift 633.852 und die europäische Patentschrift 307.767). Weitere Agglomerationsverfahren erfolgen bei der Trocknung unter Verwendung von nadelförmigen Kristallen der Modifikation A (deutsche Offenlegungsschrift 4.014.262). Nach wie vor besteht der Wunsch, eine Form des Riboflavins herzustellen, welche wesentlich bessere physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise Fliess- und Löseeigenschaften und Abriebsfestigkeit, besitzt und eine Reinheit (Gehalt an Riboflavin) von über 98% aufweist.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von nadelförmigem Riboflavin, welches der stabilen Modifikation A entspricht und synthetisch oder biotechnologisch hergestellt worden ist, ein reineres Riboflavin mit über 98%igem Gehalt an Riboflavin herzustellen, welches deutlich bessere Löse- und Fliesseigenschaften besitzt als das gegenwärtig verfügbare Material. Im allgemeinen sollte das neue Riboflavin eine bessere Bioverfügbarkeit und bessere physikalische Eigenschaften, z.B. bei der Tablettierung, aufweisen.
Es ist nun eine relativ einfaches Verfahren gefunden worden, welches es erlaubt, ein derartiges Riboflavin bereitzustellen. Dieses Verfahren besteht im Grunde genommen aus einer sogenannten Vorreinigung und einer Kristallisation; der Kristallisation schliesst sich eine Trocknung an.
Es handelt sich bei dem erfindungsgemässen Verfahren um ein Verfahren zur Reinigung und Kristallisation von Riboflavin , das dadurch gekennzeichnet ist, dass man nadelförmiges Riboflavin der stabilen Modifikation A in einer wässrigen Mineralsäurelösung bei einer etwa 30°C nicht übersteigenden Temperatur unter intensiver Durchmischung auflöst, zur resultierenden Lösung Aktivkohle zugibt, nach Adsorption der gelösten Verunreinigungen aus der Lösung auf der Aktivkohle das die Aktivkohle enthaltende Medium einer Querstromfiltration über eine Keramikmembran mit einer Porengrösse von etwa 20 bis etwa 200 nm unterwirft, das resultierende Filtrat mit einer fünf- bis zehnfachen Menge (Vol. /Vol.) Wasser bei einer etwa 30°C nicht übersteigenden Temperatur versetzt, und die resultierenden ausgefallenen, sphärischen Kristalle von Riboflavin durch Zentrifugation oder Filtration abtrennt.
Nach Erhalt der Riboflavin-Kristalle auf diese Weise können die Kristalle gegebenenfalls mit Wasser gewaschen und anschliessend nach an sich bekannten Methoden getrocknet werden. Das so ergänzte Verfahren stellt einen weiteren Aspekt des oben definierten erfindungsgemässen Verfahrens dar.
Als Ausgangsmaterial des erfindungsgemässen Verfahrens wird nadelförmiges Riboflavin der Modifikation A eingesetzt, wie es beispielsweise bei der Produktion für Futtermittel anfällt. Dieses Riboflavin weist in der Regel einen Gehalt von etwa 85 bis zu etwa 98% und je nach Herstellungsweise chemische Nebenprodukte und/oder Fermentationsreste sowie Wasser auf, deren Gesamtmenge dementsprechend über 2 Gewichtsprozent beträgt.
Im ersten Verfahrensschritt wird die Ausgangsware trocken oder fitterfeucht in der wässrigen Mineralsäurelösung gelöst. Darauf erfolgt die Auflösung durch eine Protonierungsreaktion. Beim Lösevorgang werden Fermentationsreste, wie Proteine, Peptide und Aminosäuren, und/oder chemische Nebenprodukte frei, die dann teilweise gelöst und teilweise als Feststoff vorliegen. Als Mineralsäure eignet sich insbesondere Salzsäure oder Salpetersäure, vorzugsweise die erstere, deren Konzentration im allgemeinen etwa 10% bis etwa 65% (Gewichtsprozent) beträgt.
Im Falle der bevorzugten wässrigen Salzsäurelösung liegt die Konzentration zweckmässigerweise im Bereich von etwa 18 bis etwa 24%. In einer solchen wässrigen Salzsäurelösung werden bis zu etwa 19% trockenes Riboflavin gelöst. Die Lösung ist damit nahezu gesättigt. Im allgemeinen richtet sich die Menge Riboflavin gegenüber der Menge wässriger Mineralsäure nach der Natur der Mineralsäure, der Konzentration der Lösung und der Lösetemperatur.
Zudem erfolgt die Auflösung des nadelförmigen Riboflavins in der wässrigen Mineralsäurelösung bei Temperaturen bis zu maximal 30°C, in der Regel bei etwa 5 bis etwa 25°C, vorzugsweise bei etwa 10 bis etwa 20° C, und zwar zweckmässigerweise unter intensiver Durchmischung, beispielsweise durch intensives Rühren.
Durch die Erhöhung der Temperatur und/oder der Durchmischung kann die Lösezeit reduziert werden. Je nach Temperatur und Durchmischungsgrad dauert der vollständige Lösevorgang in der Regel bis zu etwa 30 Minuten.
Als nächster Verfahrensschritt wird zur Lösung des Riboflavins in der wässrigen Mineralsäurelösung Aktivkohle zugegeben. Demzufolge werden die gelöst vorliegenden Verunreinigungen auf der Aktivkohle adsorbiert. Diese kann pulverisiert oder granuliert sein. Zweckmässigerweise werden zur adsorptiven Reinigung der gelösten Verunreinigungen aus der Lösung etwa 0,5 bis etwa 9% (Gewichtsprozent), vorzugsweise etwa 3%, Aktivkohle bezogen auf den Riboflavingehalt zugegeben. Je nach Verunreinigung wird die Aktivkohle bis zu etwa 12 Stunden, vorzugsweise etwa 0,5 bis etwa 3 Stunden, in der Lösung belassen. Als Aktivkohle eignet sich sauer gewaschene Aktivkohle mit einer Schüttdichte von etwa 250 bis etwa 400 kg/m3, vorzugsweise etwa 300 kg/m3, einer spezifischen Oberfläche von etwa 1200 bis etwa 1600 m2/g, vorzugsweise etwa 1400 m2/g, und einer mittleren Partikelgrösse von etwa 20 bis etwa 70 µm. Beispiele geeigneter Aktivkohlen sind Norit® CA1 und Bentonorit® CA1, die sich besonders zur Adsorption von gelösten biologischen Verunreinigungen eignen, sowie Norit® SX2, das sich seinerseits besonders zur Abtrennung von chemischen Verunreinigungen eignet.
Gewünschtenfalls kann der wässrigen Mineralsäurelösung neben Aktivkohle ein Filterhilfsmittel zugegeben werden, von dem zweckmässigerweise etwa 2 bis etwa 9 Gewichtsprozent bezogen auf den Riboflavingehalt eingesetzt werden. Als Filterhilfsmittel eignen sich beispielsweise Arbocel® BWW 40 und B 800 der Firma Rettenmaier & Söhne GmbH + Co.
Die Abtrennung der Aktivkohle, des eventuell vorhandenen Filterhilfsmittels und der ungelöst vorliegenden Fermentationsreste erfolgt mittels der anschliessenden Querstromfiltration. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass die Aktivkohle neben der Adsorption noch eine abrasive Wirkung auf die Deckschicht zeigt, die sich auf der Membran bildet. Durch diese Wirkung ist es erst möglich, die Membran über einen längeren Zeitraum stabil mit nahezu dem doppelten Durchsatz zu betreiben, als ohne Aktivkohle. Der Aktivkohle kommen also sowohl abrasive wie auch adsorptive Eigenschaften zu. Die Querstromfiltration erfolgt über eine Keramikmembran, welche eine Porengrösse von etwa 20 bis etwa 200 nm, vorzugsweise etwa 50 nm, aufweist. Die im Kreislauf umgepumpte Aktivkohle bewirkt durch die Abrasion eine Reinigung der sich auf der Membran aufbauenden Deckschicht aus Kohle und Fermentationsresten. Die Querstromgeschwindigkeit über der Membran ist in der Regel relativ hoch; sie liegt zweckmässigerweise im Bereich von etwa 5 bis etwa 6 m/s. Um die Deckschicht nicht übermässig zu komprimieren, beträgt der transmembrane Druck zweckmässigerweise 1 bis 2 bar (0,1 bis 0,2 MPa).
Nach der Querstromfiltration wird die von nahezu allen Verunreinigungen, der Aktivkohle sowie eventuell vorhandenem Filterhilfsmittel befreite Lösung von Riboflavin zur Kristallisation gebracht, was durch Zugabe von einer fünf- bis zehnfachen Menge Wasser erfolgt. Die damit erfolgende Deprotonierung des in der wässrigen Mineralsäurelösung vorhandenen Riboflavins führt zu dessen Ausfällung.
Die Temperatur des Mediums, in dem die Kristallisation stattfindet, kann je nach Herstellungsweise und Verunreinigungsgrad des Riboflavins in einem Bereich von 0 bis 30°C variiert werden. Insbesondere bei synthetisch hergestelltem Material kann die Temperatur bis auf 30°C erhöht werden; bei fermentativem oder relativ sauberem Material bieten sich im allgemeinen Temperaturen unter 10°C an. Vorzugsweise wird allerdings eine Temperatur zwischen 4 und 10°C eingestellt. Die Kristallisation kann batchweise oder kontinuierlich durchgeführt werden, vorzugsweise kontinuierlich. Als Kristaller können Kaskaden oder einzelne Kessel eingesetzt werden. Insbesondere bei einzelnen Kesseln empfiehlt es sich, an unterschiedlichen Stellen im Kessel einzuspeisen. Innerhalb des Kristallers muss auf jeden Fall eine sehr gute makroskopische Durchmischung eingestellt werden. Dies kann beispielsweise durch Einsatz eines zweistufigen Rührwerkes realisiert werden, wobei die Feedlösungen um 180° versetzt auf der oberen und unteren Rührerebene zugespeist werden. Dabei wird zweckmässigerweise auf der oberen Ebene das Wasser, auf der unteren die Mineralsäurelösung des Riboflavins zugegeben. Das Rühren soll ausgesprochen schonend erfolgen, um die Kristalle nicht zu zerstören. Die Verweilzeit beträgt geeignerweise etwa 5 bis etwa 20 Minuten, vorzugsweise etwa 10 bis 13 Minuten. Die anschliessende Filtration erfolgt mit einem Filter oder einer Zentrifuge; vorzugsweise wird ein Bandfilter eingesetzt, auf dem auch die eventuell durchgeführte Wäsche sehr effizient ist. Die Trocknung kann auf an sich bekannte Weise durchgeführt werden.
Die anfangs relative Uebersättigung im Kristaller (vor Zugabe von Wasser) kann durch die Rückführung der Mutterlauge von der Wäsche mit dem den Kristaller zulaufenden Wasser eingestellt werden. Das Verhältnis Mutterlauge:Wasser beträgt zweckmässigerweise etwa 1:1 bis etwa 1:8. Die relative Uebersättigung kann über die im Kristaller vorliegende Leitfähigkeit beurteilt werden, wobei idealerweise ein Bereich von etwa 170 bis etwa 200 mS/cm eingehalten wird. Je nach Leitfähigkeit kann auf die Rückführung der Mutterlauge verzichtet werden. Im Falle der Rückführung wird sie vorzugsweise über die sich im Kristaller einstellende Leitfähigkeit geregelt.
Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, dass es durch eine geeignete Wahl der Mischungsverhältnisse, Temperaturen, Durchmischung und Verweilzeit möglich ist, bei dem Kristallisationsschritt des erfindungsgemässen Verfahrens eine instabilere Modifikation des Riboflavins zu kristallisieren, die sphärisch mit einer stacheligen Oberfläche ist und damit eine wesentlich grössere Oberfläche besitzt als die bekannten nadelförmigen Kristalle der Modifikation A. Ueberraschenderweise entsteht das sphärische Kristall nicht durch einen Agglomerationsvorgang, wie es bisher allgemein für sphärische Kristalle in der Literatur beschreiben wird [siehe beispielsweise die europäische Patentschrift 307.767 und Can. J. Chem. Eng. 47 (4), 166-170 (1969)], vielmehr wachsen bei dem neuen Verfahren aus einem zunächst auskristallisierten kleinen, wahrscheinlich amorphen Keim nadelförmige Kristalle heraus. Die so entstandenen dendritischen Kristalle entsprechen der besser löslichen Modifikation B bzw. C, die zum einen ausreichend lagerstabil sind und zum anderen durch die instabilere Modifikation und grössere Oberfläche herausragende Löseeigenschaften und infolge ihrer kugelförmigen Gestalt herausragende Fliesseigenschaften besitzen. Durch das erfindungsgemässe Verfahren werden zudem Riboflavin-Kristalle mit einer höheren Abriebfestigkeit als bei Agglomeraten erzeugt.
Wie oben erwähnt, wird das Kristallisat mittels Filtration oder Zentrifugation abgetrennt. Der Filterkuchen wird dann vorzugsweise mit Wasser gewaschen, wonach der feuchte Filterkuchen getrocknet werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird durch die nachfolgenden Beispiele veranschaulicht.
Beispiel 1
Als Ausgangsmaterial des nachfolgend beschriebenen Verfahrens wurde fermentativ hergestelltes Riboflavin verwendet, welches einen Gehalt an Riboflavin von 97,02% (nach HPLC), eine Restfeuchtigkeit (H2O) von 0,80% sowie einen Gehalt an Aminosäuren von 1,11% aufwies und als nadelförmige Kristalle der stabilen Modifikation A vorlag.
350,0 g dieses Ausgangsmaterials wurden in 1708,6 g 24%iger Salzsäure bei 22°C unter Rühren aufgelöst. Nach etwa 15 - 20 Minuten Lösezeit lag eine braun-schwarze Lösung vor, die etwa 17% Riboflavin enthielt.
Man gab anschliessend zur Lösung 16 g (etwa 3% der Riboflavinmenge) Aktivkohle (Norit® CA1) zu und liess das Gemisch noch 4 Stunden nachrühren. Das Gemisch wurde in den Doppelmantelfeedtank einer Labor-Membrananlage gefüllt. Der Tank wurde gekühlt, um eine Temperatur von maximal 35°C einhalten zu können. Mittels einer Zentrifugalpumpe wurde die Lösung über eine Keramikmembran mit einer effektiven Membranfläche von 0,0055 m2 gepumpt. Der transmembrane Druck wurde auf 1,5 bar (0,15 MPa) eingeregelt, die Querstromgeschwindigkeit über die Membran auf 6 m/s. Es ergab sich ein Permeatdurchsatz von etwa 100 l/m2/h, der bis nahezu zum Ende der Filtration aufrecht gehalten werden konnte.
Die salzsaure Riboflavinlösung wurde dann in einem kontinuierlich betriebenen Fällungskristaller zur Ausfällung gebracht
Der 3 l-Fällungskristaller wurde zunächst mit etwa 2 l Wasser gefüllt und die Flüssigkeit mit einem zweistufigen Schrägblattrührer bei 100 UpM gerührt und anschliessend auf 10°C abgekühlt. Danach wurde gleichzeitig kontinuierlich 1590 g/h salzsaure Riboflavinlösung auf den oberen Rührer und etwa 9000 g/h Wasser auf den unteren Rührer bei etwa 10°C zudosiert. Etwa 2 - 4 Minuten nach dem Start begann das Riboflavin als orange-gelbe Kristalle auszukristallisieren. Zu Beginn sahen die gefällten Kristalle flockenartig aus, welche aber nach 20 - 30 Minuten in körnige Partikel übergingen. Die Kristallsuspension wurde dann kontinuierlich abgelassen, nachdem im Kristaller die 3 l-Marke (Doppelmantelende) erreicht worden war (d.h. nach etwa 7 Minuten). Das Ventil wurde so eingestellt, dass sich das Niveau bei der 3 l-Marke einpendelte. Die abfliessende Suspension wurde direkt auf eine P3-Nutsche gegeben und der Feststoff dort von der Lösung abgetrennt.
Nach jeweils 15 Minuten sammelte man etwa 2500 ml Suspension und erhielt einen Filterkuchen von etwa 1 cm Dicke. Dieser wurde dann mit 1300 ml Wasser portionenweise gewaschen, bis ein pH von etwa 5 erreicht wurde.
Das feuchte, gelbe Kristallisat (65 - 75% Restfeuchte) wurde anschliessend getrocknet.
Beispiel 2
Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde eine Riboflavin-Lösung hergestellt und mit Aktivkohle versetzt. Im Gegensatz zu Beispiel 1 wurde die Lösung über eine Membran mit einer Porengrösse von etwa 50 nm gereinigt. Der transmembrane Druck lag bei 1,5 bis 1,7 bar (0,15 bis 0,17 MPa), die Querstromgeschwindigkeit bei 5 bis 6 m/s. Es ergab sich ein Permeatdurchsatz von etwa 70 l/m2/h. Die Kristallisation, Filtration und Wäsche erfolgten analog Beispiel 1. Die Kristallisationstemperatur lag zwischen 9 und 10°C, und die Trocknung erfolgte in einem Labortrockenschrank bei 100°C.
Beispiel 3
Als Ausgangsmaterial wurde chemisch hergestelltes Riboflavin mit einem Gehalt von 98% eingesetzt. Das Ausgangsmaterial wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, gelöst. Die Querstromfiltration erfolgte wie in Beispiel 2 beschrieben. Die Kristallisation wurde bei 20°C und indem 1030 g/h salzsaure Riboflavinlösung und 15060 g/h Wasser zudosiert wurden, durchgeführt. Filtration und Wäsche erfolgten analog zu Beispiel 1. Die Trocknung wurde analog zu Beispiel 2 durchgeführt.
Die Ergebnisse der obigen drei Beispiele sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst:
Reinheiten und Eigenschaften des jeweils getrockneten Endproduktes
Beispiel Modifikation (nach Röntgen-Strukturanalyse) Riboflavin-Gehalt (nach HPLC) Lumichrom-Gehalt (nach HPLC) Lumiflavin-Gehalt (nach HPLC) AminosäureGehalt
1 B 98% 0,08% - 0,1%
2 B 98,9% 0,15% - 0,06%
3 B 99% 0,15% 0,25% -
Die jeweils fehlende Prozentzahl beinhaltet den Wassergehalt und sonstige geringe Verunreinigungen.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Reinigung und Kristallisation von Riboflavin , dadurch gekennzeichnet, dass man nadelförmiges Riboflavin der stabilen Modifikation A in einer wässrigen Mineralsäurelösung bei einer etwa 30°C nicht übersteigenden Temperatur unter intensiver Durchmischung auflöst, zur resultierenden Lösung Aktivkohle zugibt, nach Adsorption der gelösten Verunreinigungen aus der Lösung auf der Aktivkohle das die Aktivkohle enthaltende Medium einer Querstromfiltration über eine Keramikmembran mit einer Porengrösse von etwa 20 bis etwa 200 nm unterwirft, das resultierende Filtrat mit einer fünf- bis zehnfachen Menge (Vol. /Vol.) Wasser bei einer etwa 30°C nicht übersteigenden Temperatur versetzt, und die resultierenden ausgefallenen, sphärischen Kristalle von Riboflavin durch Zentrifugation oder Filtration abtrennt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die so erhaltenen sphärischen Kristalle von Riboflavin mit Wasser gewaschen und anschliessend getrocknet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralsäure Salzsäure oder Salpetersäure, vorzugsweise Salzsäure, ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflösung des nadelförmigen Riboflavins in der wässrigen Mineralsäurelösung bei etwa 5 bis etwa 25°C, vorzugsweise bei etwa 10 bis etwa 20°C, erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lösung des nadelförmigen Riboflavins in der wässrigen Mineralsäurelösung etwa 0,5 bis etwa 9% (Gewichtsprozent),vorzugsweise etwa 3%, Aktivkohle bezogen auf den Riboflavingehalt zugegeben werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktivkohle sauer gewaschene Aktivkohle mit einer Schüttdichte von etwa 250 bis etwa 400 kg/m3, vorzugsweise etwa 300 kg/m3, einer spezifischen Oberfläche von etwa 1200 bis etwa 1600 m2/g, vorzugsweise etwa 1400 m2/g, und einer mittleren Partikelgrösse von etwa 20 bis etwa 70 µm verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass neben Aktivkohle ein Filterhilfsmittel zugegeben wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikmembran eine Porengrösse von etwa 50 nm aufweist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Mediums, in dem die Kristallisation stattfindet, in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 10°C liegt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird, und die Verweilzeit im Kristaller bei der Kristallisation etwa 5 bis etwa 25 Minuten, vorzugsweise etwa 10 bis 13 Minuten, beträgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die resultierenden ausgefallenen, sphärischen Kristalle von Riboflavin auf einem Bandfilter gesammelt, abgetrennt und getrocknet werden.
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